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垂直腔面發射激光器（VCSEL）是一種二極管激光器，其發射的近高斯光束垂直于芯片頂面。與傳統的邊緣發射激光器（光發射于芯片的一兩個邊緣）相比，VCSEL在制造和性能方面具有諸多優勢。在本例中，我們將介紹如何構建VCSEL結構，并模擬和分析反射率、模式和頻率。

在模擬輻射傳熱時，我們需要考慮輻射是如何從一個表面發出并被其他表面吸收的，以及表面與表面之間交換了多少輻射。在輻射傳熱建模系列文章的前兩篇中，我們已經討論了發射、反射和透射建模，今天我們將通過介紹角系數的概念，以及計算表面與表面之間輻射傳熱的各種方法，來完成輻射傳熱建模基礎知識的學習。快速了解角系數考慮兩個薄且扁平的物體，如下圖所示。

所選擇的PVDF和Nano-PE紡織品在整個MIR區域分別實現了高發射率(90.0%)和高透射率(96.9%)，而前者也具有接近POM紡織品的高太陽反射率(95.1%)，分別符合發射型和透射型輻射冷卻模型。 圖3d-g清楚地顯示了在室外環境下(晴天和多云環境)，POM紡織品覆蓋皮膚模擬器的表面溫度是五個樣品中最低的。

其莖的表面有明顯的孔隙，在高倍顯微鏡下，很明顯這些大孔隙是由更小的亞微孔組成的(圖1) 。該團隊受其多層多孔生物結構的啟發，提出了一種新型的hollow@porous輻射冷卻膜，該膜將中空微粒和多孔聚合物結合在一起。制備的hollow@porous柔性薄膜具有較高的太陽光反射率(93.7%)、較強的紅外發射率(89.1%)和超低的導熱系數(17.56 mW/mk)。

圖3 所設計的輻射制冷涂層：（a）不同質量分數的粘結劑PFOTS的光譜反射率、（b）接觸角和滑移角；（c）溶劑IPA不同質量分數下的光譜反射率、（d）接觸角和滑移角，圖中（a）至（d）的厚度為100 μm；(e) 透明丙烯酸基板在不同厚度(50 μm、100 μm和150 μm)下的光譜反射率、（f）太陽反射率和熱發射率。

設置如下：4.2 設置一下邊界條件，速度入口0.1m/s，壓力出口，需要對接受輻射的玻璃面定義一下輻射參數：表面發射率：這里就是物體的表面輻射率，黑體是1，具體值介于0-1之間。表面反射率：反射輻射能與入射輻射能之比，會自動計算。表面透射率：投射的輻射能與入射輻射能的比例，需要手動賦予。

大氣質量系數( air mass，AM)常用來表征太陽光穿過大氣層后的太陽光譜，定義為直接穿過大氣層的光程長度。標準的太陽平均輻照度通常由 AM1.5 太陽光譜表示，具體分布如圖 1( b) 所示。為保證輻射制冷效果，至少須反射 90%的入射陽光。輻射體表面太陽反射率的微小變化，會對材料的輻射制冷性能產生顯著影響。

但不同材料輻射紅外能量的能力各不相同——有的擅長輻射，有的則善于反射。發射率正是描述這種能力的物理參數，它表示實際物體的熱輻射與理想黑體輻射的接近程度，取值范圍在0到1之間。簡單來說，發射率越高，物體輻射紅外能量的能力越強；發射率越低，則反射能力越強。這個看似簡單的參數，卻是紅外技術應用的基石。

%，在約500 μm的厚度下實現了超過96%的太陽反射率。 馬里蘭大學杰出教授胡良兵（左）和助理研究科學家趙新鵬展示了一塊涂有新型輻射冷卻涂料的玻璃，圖片來源：馬里蘭大學 玻璃輻射鍍膜的其他優點包括： 在大氣透明度窗口中結合了高太陽反射率 （>96%） 和高紅外發射率 （95%）。

圖中省略了由于表面溫度非零引起的發射。需要在表面對表面輻射接口中使用射線發射 方法來模擬鏡面反射。使用這種方法時，不透明表面 特征允許輸入漫反射率和表面發射率，并且表面發射率（吸收率）可以隨角度變化。其他方法，直接面積分 方法（僅用于沒有任何視線阻礙因素的較小模型）和Hemicube方法，不能模擬鏡面反射。因此使用這些方法時，漫反射表面 特征僅允許我們輸入發射率并計算漫反射率 。

在國防和軍事中的發射率主要被應用于雷達等，可供輻射監測設備進行對比監測，以及滿足隱身涂層等性能需要；在工業生產、節能和能源領域，發射率主要應用在輻射測溫，可以實時非接觸式探測工作現場變化；在能源環保方面發射率主要應用在高低發射率涂層，目的是提高能量的收集或者能量的散去。

實驗數據如表： 結論： 黑色陽極氧化（包括亮黑或和無光兩種）和黑色、白色噴塑的散熱塊的表面輻射率最高，約為 0.85， 表面輻射散熱能力最強； 本色陽極氧化其次； 然后為不銹鋼表面； 表面輻射散熱能力最差的為導電氧化和鋁光滑表面以及粗糙表面。

高漫反射 PS 泡沫顆粒與纖維打印紙的結合，使FPC太陽光譜反射率達到 96%，在太陽直射下平均產生8.4 °C的溫降和90 W/m 2的冷卻功率。同時，FPC在高濕度下仍能保持較高的太陽光反射率，促進其在潮濕的亞熱帶地區的應用。此外，低成本材料和簡單制造方法將為有效的白天輻射冷卻提供有效途徑。

紅外輻射計測量絕對輻射而不是一個相對輻射，所以任何背景輻射都是不允許的。在這樣一個設備中，有必要冷卻整個設備以降低溫度，用來消除因為自身散射引起的雜散光。 圖4 該圖演示了一個簡單的模型：一個溫熱的茶壺，其表面有著不同的發射率和溫度分布。茶壺通過一個單透鏡成像，探測器放置在透鏡后面（觀察不到）。許多紅外系統中都發現機械結構自身輻射到探測器的問題。

通過引入光子板狀孔效應，實現了比Mie共振更強的后向散射。通過簡單且可規模化的浸染工藝，制備出了具有97%太陽光反射率和97%大氣窗口發射率的仿生輻射制冷織物。

日間RC材料的亞環境冷卻能力源于其通過大氣透明窗口向寒冷的外層空間發射熱量(作為熱發射器)的能力，同時拒絕太陽輻射(具有高太陽反射率)。各種高效的熱輻射體已經被開發出來，作為建筑和個人熱管理的日間RC材料。根據中紅外(MIR)波段的光譜響應，這些熱發射體主要可分為非選擇性熱發射體和選擇性熱發射體。

雖然這是一個發射波的好方法，但我們將不再使用端口邊界條件來計算有多少光被反射，因為不得不增加數百個衍射端口，同樣，也需要數百個端口來計算總的透射率。 為了監測總的透射和反射光，我們在模型中引入了兩個額外的內部邊界，就在完美匹配層域的前面（見上圖）。在這兩個邊界，我們對向上和向下的功率通量進行積分，通過將入射功率歸一化處理，得到總反射率和透射率。

由此產生的薄膜顯示出很高的太陽反射(95.3%)，在濕潤時可以很容易地在不透明狀態和透明狀態之間切換。值得關注的是，Bio-RC薄膜具有較高的中紅外發射率(93.4%)和正午時平均亞環境溫度下降≈3.7°C。當與市售的半透明太陽能電池集成時，Bio-RC薄膜的可切換太陽能透射率可以提高太陽能轉換效率(不透明狀態:0.92%，透明狀態:0.57%，裸太陽能電池:0.33%)。

通過將光熱轉換與光催化相結合，可以實現全光譜范圍太陽光的高效利用。此外，被動輻射冷卻是一種可選擇性地向較冷的外太空發射熱輻射，同時反射太陽光譜(0.3-2.5 mm)以減少能量輸入的機制。因此，作者立足于建立在不同光譜區域中用于太陽能加熱和被動冷卻的選擇性吸收器/發射器之間的整體關系，在綜述中總結了光熱轉換和調控的基本原理。

較長波段的發射輻射（由于晶圓相對于工藝室壁的溫度升高）可以使用單波段表面對表面輻射 接口與固體傳熱 接口進行建模。表面到表面輻射 接口計算所有暴露表面與周圍空間之間的角系數。 值得一提的是，在這種情況下，只有在晶圓上方的小內角附近存在表面對表面輻射;其他地方對環境的角系數都是統一的。